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为什么蜜蜂不会迷路? 德国科学家用VR跟踪蜜蜂工作时的神经信号变化

2019-02-15 19:12来源:87870编辑:沫小朵

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  原标题:为什么蜜蜂不会迷路? 德国科学家用VR跟踪蜜蜂工作时的神经信号变化

  近日,德国柏林自由大学进行了一项利用VR技术记录蜜蜂大脑的研究。据上个月团队在《 Frontiers in Behavioral Neuroscience》上发表的研究显示,研究小组将电极植入蜂脑区域,以跟踪蜜蜂工作时的神经信号变化。

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  图卢兹大学行为科学家AuroreAvarguès-Weber表示:“这项研究的主要优势在于他们将电信号和视觉学习任务结合起来的可能性。” 不过,他没有参与这项研究。

  该实验中,蜜蜂被限制在聚苯乙烯泡沫塑料“跑步机”上,并将它们暴露在屏幕上,显示其周围自然环境的图像,同时监测其大脑中的电活动。

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  VR研究动物大脑早有先例

  早在之前,VR技术已被用于研究从苍蝇到啮齿动物等物种的行为,但直到最近才成功地用于研究蜜蜂。2017年,图卢兹大学动物行为研究学家Martin Giurfa成为了第一个为蜜蜂创建虚拟环境,并用它来研究蜜蜂大脑活动的人。他模拟了一个与现实十分相符的环境,从而能更精确研究蜜蜂的各种行为。

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  不过需要注意的是,团队需要注意如何利用这vr技术如何与神经记录设备配对,就像果蝇和老鼠一样,以更深入地了解学习和记忆的机制。例如,对于空间记忆的研究可能涉及到监测一只在迷宫中跑动的老鼠的大脑活动。

  为了实现这一配对,神经生物学家Randolf Menzel领导的研究小组证明了蜜蜂经过训练,可以识别经典的迷宫,按照一系列黄色和蓝色条纹辨别。然后,研究人员将蜜蜂放入VR空间中,并在屏幕上显示与蜜蜂在现实迷宫中看到的相同颜色的条纹。果然,蜜蜂通过适当的视觉刺激来解决迷宫问题。

  为什么蜜蜂不会迷路?

  在一项实验中,该小组测试了蜜蜂仅在虚拟环境中识别方向和地点的能力。Zwaka和她的同事将电极植入蜜蜂小脑的额叶,记录神经信号的变化。团队专门针对蘑菇体展开了观察,这是一个包含各种不同神经元的区域,是昆虫的嗅觉学习和记忆中心。

  该团队记录了蘑菇体的详细变化。Zwaka解释说,响应细胞的类型随着蜜蜂对刺激的反应而变化,细胞反应频率也是如此。作者认为,这些变化是视觉学习的产物,当蜜蜂掌握道路方向时就会发生这种变化。

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  蜜蜂头部生有复眼。复眼约由6300只小眼组成,每只小眼里有8个成辐射状排列的感光细胞,蜜蜂就靠这些小眼感受偏正光导航,所以不会迷失方向。

  同时,蜜蜂像飞行员一样学习定向飞行。比如,蜜蜂在离蜂巢10公里的地方采蜜前,要沿着距离蜂巢更远、更复杂的路线学习飞行。幼蜂一开始沿着从蜂巢向外的直线飞行。在飞到10至30米的距离后,就会沿着相同的路线调头往回飞。

  然而,蜜蜂从未像第一次实验那样始终如一地学习迷宫。对于Weber来说,这表明观察到的神经元变化并不代表学习能力。

  “该研究尚缺乏令人信服的数据,”Webe认为,重电极可能会削弱蜜蜂的性能,使蜜蜂感到不舒服。“似乎有必要做更多的实验以验证他们对蘑菇体在视觉学习中的作用。”但她和她的同事们认为这是研究蜜蜂神经学性质最有前途的技术之一。

  通过VR打开跨物种大脑研究的大门

  Menzel表示,更好地了解蜜蜂大脑可以提供对人类记忆和学习的参考。但是,他补充说,“蜜蜂大脑比我们想象的要复杂得多。”

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  通过将人类或动物放在一个跟真实生活非常相似的环境中,并控制环境中的每个变量,例如使环境变得更暗,或者改变墙壁的颜色,或者是展示物品的数量,或者是迷宫的复杂程度,我们可以通过准备好的环境从一分钟到下一分钟做这样的改变。
 
  总之,VR正在大脑研究中成为一个越来越重要的工具。

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